Convertisseurs de fréquence VLT AQUA Drive pour groupes motopompes

Dans les installations de pompage modernes, le plus répandu est un entraînement électrique avec contrôle de fréquence. La base de ce type d'entraînement est un convertisseur de fréquence à semi-conducteur. D'abord convertisseurs de fréquence à semi-conducteurs a commencé à être utilisé dans les unités de pompage à la fin des années 1960.

Danfoss a été l'un des premiers à utiliser des convertisseurs de fréquence à semi-conducteurs pour l'entraînement d'installations centrifuges. Elle a été la première au monde (depuis 1968) à produire une série de convertisseurs de fréquence utilisés dans les installations de pompage.

Forte de ses nombreuses années d'expérience dans l'utilisation de convertisseurs de fréquence dans cette branche de la technologie, la société a créé une série de convertisseurs de fréquence VLT AQUA Drive destinés à être utilisés dans les installations de pompage des systèmes d'approvisionnement en eau et d'égouts. Les convertisseurs de variateur VLT AQUA sont fabriqués pour des variateurs de 0,37 kW à 1400 kW.

Le facteur de puissance du convertisseur est également assez élevé (cosphi ≥ 0,9), donc l'utilisation d'un variateur basé sur le convertisseur VLT AQUA Drive ne nécessite pas de dispositifs supplémentaires qui augmentent le cosphi (batteries de compensation statique, etc.).

En figue. 1 montre un schéma de principe du transducteur VLT AQUA Drive et un schéma de connexion externe typique (alimentation électrique, moteur de pompe, capteurs, etc.). La vue externe des convertisseurs VLT AQUA Drive est illustrée à la fig. 2.

Riz. 1. Schéma de raccordement du convertisseur VLT AQUA Drive

Riz. 2. Variateurs de fréquence «Danfoss» série VLT AQUA Drive

Le VLT AQUA Drive est destiné à être utilisé dans les installations de pompage pour l'approvisionnement en eau, l'évacuation des eaux usées et les systèmes d'irrigation. À cet égard, il possède un certain nombre de caractéristiques spéciales qui fournissent les propriétés requises pour fonctionner dans ces conditions, qui sont énumérées ci-dessous.

1. Le système de contrôle du convertisseur fournit une régulation automatique des contrôleurs proportionnels-intégraux, grâce à laquelle les gains des régulateurs PI sont ajustés en fonction de la réponse de l'objet de contrôle (réservoir-pompe-conduite d'eau) aux changements du mode de fonctionnement entré de le système entraînement variable.

Grâce à cette propriété, le régulateur PI est réglé individuellement pour chaque objet spécifique et ne nécessite pas de réglage précis des composantes proportionnelle (P) et intégrale du régulateur lors de la mise en service du convertisseur.

2. Le système de contrôle du convertisseur VLT AQUA Drive assure le remplissage progressif de la canalisation vide, évitant ainsi le risque de choc hydraulique et les dommages consécutifs aux canalisations et aux équipements hydromécaniques.Cette propriété est particulièrement précieuse pour les unités de pompage d'irrigation, qui sont souvent incluses dans le fonctionnement des conduites d'eau vides. Le remplissage de l'alimentation en eau est effectué par un signal capteur de pression en quelques étapes.

3. Le système de contrôle du convertisseur VLT AQUA Drive a la capacité de signaler la chute de pression dans la conduite en dessous de la valeur de consigne lorsque la pompe atteint la vitesse nominale (point A). Ce signal indique la nécessité d'allumer une pompe supplémentaire si un groupe de pompes fonctionne sur la conduite d'eau.

Si une seule pompe est destinée à fonctionner sur des conduites d'eau isolées, le signal indique une rupture d'eau ou une fuite d'eau importante du système. Dans ce cas, la pompe est éteinte et des mesures sont prises pour éliminer le dysfonctionnement de l'alimentation en eau.

4. Le système de contrôle du convertisseur a la capacité de réguler la vitesse de la pompe lorsqu'elle est arrêtée.Grâce à cette propriété, la vitesse de rotation est progressivement réduite à la vitesse de rotation correspondant au moment de la fermeture de la vanne, ce qui empêche l'apparition de coups de bélier dans le système et influences mécaniques sur la vanne elle-même.

5. Le système de commande de l'onduleur VLT AQUA Drive a la capacité de détecter le fonctionnement à sec. Le système évalue en permanence les conditions de fonctionnement de la pompe en fonction des résultats de mesure des paramètres d'entraînement (vitesse et puissance d'entraînement). En cas de faible consommation d'énergie, qui se produit avec un débit trop faible ou nul, le groupe motopompe s'arrête.

6. Le contrôleur de fréquence du VLT AQUA Drive peut fonctionner en mode veille.Ce mode s'entend comme le fonctionnement de la pompe avec un très faible débit, ce qui correspond à une faible consommation d'énergie. Cela se produit généralement lorsque la pompe fonctionne à faible vitesse.

Le système de contrôle, comparant la vitesse de la pompe et la puissance consommée par celle-ci, met le système en «mode veille». A faible débit, la pompe augmente la pression jusqu'à la valeur requise et s'arrête. De plus, le système de contrôle surveille la pression dans le système d'alimentation en eau ou le niveau des eaux usées dans le réservoir de réception de la station d'épuration.

Lorsque la pression dans le système d'alimentation en eau baisse ou que le niveau des eaux usées dans le réservoir de réception de la station de pompage augmente, la pompe est mise en service. En raison de la propriété du système de contrôle de fournir un «mode veille», l'usure de l'unité de pompage est réduite, empêchant son fonctionnement avec une petite prise d'eau ou un petit débit d'eaux usées dans le réservoir de réception de la station de pompage. La présence de cette fonction du convertisseur permet d'économiser en moyenne 5% de l'énergie consommée pour l'alimentation en eau.

7. Le système de contrôle du convertisseur VLT AQUA Drive a une fonction grâce à laquelle la perte de pression dans la conduite d'eau de la station de pompage au point de prélèvement du réseau d'eau est prise en compte. Grâce à cette fonction, la pression requise est ajustée à la sortie de la station de pompage en fonction de l'évolution de l'alimentation en eau. Ceci tient compte du fait que la perte de charge dans les canalisations est proportionnelle au carré du débit.

Cette propriété permet de fournir la charge nécessaire en bout de ligne d'eau sans capteur de pression.Cependant, il ne peut être utilisé efficacement qu'en l'absence de drainage intermédiaire de l'eau le long de la canalisation.

8. Outre les propriétés mentionnées du convertisseur VLT AQUA Drive du système de commande, il convient de noter ce qui suit :

• assurer un démarrage en douceur avec une intensité donnée de démarrage et d'arrêt de la pompe, ce qui évite d'endommager les roulements de la pompe, réduit le risque de choc hydraulique dans les canalisations, réduit les courants de démarrage dans le réseau d'alimentation;

• assurer l'alternance des unités de pompage en mode de travail et en mode veille. Cela garantit une usure uniforme de la ressource motrice des unités de pompage;

• Indication de paiement du convertisseur montrant combien de temps il reste jusqu'à ce que le VLT AQUA Drive soit entièrement restauré.

De plus, nous notons séparément les caractéristiques spéciales d'économie d'énergie des variateurs de fréquence basés sur les convertisseurs Danfoss.

1. Fonction AEO (fonction d'optimisation automatique de l'énergie). Grâce à cette fonction, le variateur consomme autant d'énergie qu'il en faut pour fournir du liquide à un instant donné.

L'utilisation de cette fonction permet d'économiser 5 à 10 % d'énergie supplémentaire. De plus, cette fonctionnalité réduit la consommation du disque puissance réactive et, par conséquent, le courant de charge du moteur électrique. Cette fonction est particulièrement efficace pour les mécanismes à moment de traînée du ventilateur (le moment de traînée est proportionnel au carré de la vitesse), y compris les pompes centrifuges. Cette fonctionnalité réduit également le bruit acoustique de l'appareil.

2. Fonction d'adaptation automatique du moteur intégrée à l'onduleur.Le réglage du convertisseur de fréquence dépend fortement des paramètres internes du moteur électrique (résistance, inductance, etc.).

La fonction d'adaptation automatique vous permet de déterminer avec précision les paramètres du moteur connecté au variateur et de l'ajuster. Cette fonction est importante dans les cas où les moteurs de pompe sont remplacés, lorsque les paramètres du moteur changent après réparation et lorsque différents types de moteurs électriques sont connectés en série au même convertisseur.

La présence de cette fonction réduit la consommation d'énergie de 3 à 5 % et, lors de l'utilisation de moteurs électriques remis à neuf, les économies atteignent 10 %. L'utilisation de convertisseurs de fréquence de puissance particulièrement élevée est associée à la génération d'harmoniques d'ordre supérieur.

La présence d'harmoniques plus élevées dans le courant entraîne une surchauffe des fils du câble, augmente les pertes dans les transformateurs, détériore les conditions de travail batteries de condensateurs… De plus, l'isolation des éléments des réseaux électriques vieillit prématurément, les éléments des dispositifs de protection (automatismes, fusibles) se déclenchent de manière déraisonnable, des perturbations se produisent dans les réseaux de télécommunication situés à proximité des câbles électriques.

Actuellement, de nombreux modèles de convertisseurs de fréquence sont équipés de filtres de compatibilité électromagnétique (CEM) intégrés. En particulier, pour empêcher les harmoniques de courant plus élevées d'entrer dans le réseau d'alimentation externe, les convertisseurs de fréquence VLT AQUA Drive sont équipés de selfs dans la liaison de courant intermédiaire pour réduire les distorsions harmoniques.